5.1. Регуляция глюконеогенеза

Превращения метаболитов в глюконеогенезе и гликолизе скоординированы так, что один процесс активен, а второй неактивен. Если одновременно активны оба процесса, то следует гидролиз четырех молекул нуклеотидтрифосфатов (2 АТФ и 2 ГТФ) в каждом цикле. Оба процесса экзергоничны, поэтому термодинамически невыгодна одновременная их активация.

1. Ацетил-КоА активирует, а АДФ ингибирует пируваткарбоксилазу (первый фермент глюконеогенеза). Когда в клетке накапливается митохондриальный ацетил-КоА, биосинтез глюкозы из пирувата усиливается.

Скорость гликолиза зависит от концентрации глюкозы, а скорость глюконеогенеза – от концентрации лактата и других предшественников глюкозы.

2. Фруктозо-1,6-бисфосфатаза ингибируется АМФ. В то же время АМФ является аллостерическим активатором фосфофруктокиназы. При низкой концентрации АМФ и высоком уровне АТФ происходит стимуляция глюконеогенеза. Напротив, когда величина АТФ/АМФ низкая, в клетке наблюдается расщепление глюкозы.

3. Фруктозо-2,6-бисфосфат активирует фосфофруктокиназу (гликолиз) и ингибирует фруктозо-1,6-бисфосфатазу (глюконеогенез).

6. Синтез и распад гликогена

Гликоген – основная форма запасания углеводов у животных. Гликоген запасается, главным образом, в печени (до 6% от массы печени, ~ 150 г) и в мышцах, где его содержание редко превышает 1% (~ 300 г).

Гликоген печени используется для поддержания физиологических концентраций глюкозы в крови, прежде всего между приемами пищи. Поэтому содержание гликогена в печени изменяется в широких пределах. Через 12-18 часов после приема пищи запас гликогена печени практически полностью истощается, после чего начинается снабжение организма глюкозой, полученной с помощью реакций глюконеогенеза. Функция мышечного гликогена состоит в том, что он является легкодоступным источником глюкозы, используемой для гликолиза в самой мышце и не участвует в регуляции уровня глюкозы в крови. Содержание мышечного гликогена заметно истощается только после продолжительной и напряженной физической работы.

6.1. Синтез гликогена (гликогенез)

Синтез гликогена начинается через 1-2 ч после приема пищи, содержащей углеводы. Синтез гликогена включает 3 стадии: 1) образование активной формы глюкозы (УДФ-глюкозы); 2) синтез линейной цепочки гликогена, т.е. образование α-1,4-гликозидных связей и 3) образование ветвления, т.е. образование α-1,6-гликозидных связей.

Образование активной формы глюкозы (УДФ-глюкозы)

1. Глюкоза фосфорилируется с затратой молекулы АТФ до глюкозо-6-фосфата. Это та же реакция, которая является первой в процессе гликолиза: фосфорилирование глюкозы катализируется в мышцах ферментом гексокиназой, а в печени – глюкокиназой.

2. Под действием фосфоглюкомутазы глюкозо-6-фосфат превращается в глюкозо-1-фосфат.

3. Ключевой реакцией синтеза гликогена является образование активной форма глюкозы - УДФ-глюкозы с участием фермента УДФ-глюкозопирофосфорилазы (глюкозо-1-фосфат-уридилтрансфераза) и УТФ. Реакция является необратимой, т.к. пирофосфат расщепляется ферментом пирофосфатазой до 2-х молекул неорганического фосфата.

Образовавшаяся УДФ-глюкоза является переносчиком и донором активированных остатков глюкозы в последующей реакции синтеза гликогена.

Образование α-1,4-гликозидной связи

Для образования α-1,4-гликозидной связи необходимо наличие затравки гликогена (праймера) – α-1,4-полиглюкозная цепь или ветвь молекулы гликогена, состоящая из не менее 8 остатков глюкозы.

Под действием фермента гликогенсинтазы образуется гликозидная связь между С₁ атомом активированной глюкозы, находящейся в составе УДФ-глюкозы и С₄ атомом остатка глюкозы нередуцируемого (внешнего) конца разветвленной молекулы гликогена.

УДФ-глюкоза + (С₆Н₁₂О₅)_n → УДФ + (С₆Н₁₂О₅)_n+1

Образование α-1,6-гликозидной связи

Присоединение остатка глюкозы к «затравочной» цепи гликогена происходит на внешнем конце молекулы. «Ветви» гликогенового «дерева» удлиняются путем последовательного образования α-1,4-гликозидных связей. После того, как длина линейного участка цепи достигнет как минимум 11 остатков глюкозы, ветвящий (браншинг) фермент (амило[1,4]→[1,6]-трансгликозидаза) переносит фрагмент (1→4) цепи из 6-7 остатков глюкозы на ту же или соседнюю цепь, присоединяя переносимый фрагмент α-1,6-гликозидной связью. Таким образом, образуется точка ветвления в молекуле.